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나노 구조 재료의 확산 및 도핑

기계적으로 생성된 피치 변화를 통한 균질화

 

이 블로그 게시물은 믹서가 확산을 통해 분말 재료를 변화시키는 방법에 대해 설명합니다. 분말은 건조, 습식 또는 현탁 상태일 수 있습니다. amixon® 공정 장비는 고압 및 고온용으로 설계되었습니다. 이는 확산에 유리합니다.

동적으로 작동하는 믹싱 기계에서 물질은 믹싱 툴을 통해 흐르고 전단되어 균질화됩니다. 혼합 작업은 혼합할 물질의 종류와 유동성에 따라 난이도가 달라질 수 있습니다. 나노 분산 벌크 재료의 유변학적 특성이 끈적끈적한 습식 재료와 유사하기 때문에 데드 스페이스 없이 혼합하는 것은 어려운 작업입니다.

농도 차이는 확산으로 보정됩니다

밀폐된 용기 안의 기체는 정지 상태인 것처럼 보이지만, 기체 분자는 서로에 대해 최소한의 지그재그 운동을 수행하며 주변의 기체 분자를 여기시킵니다. 지그재그 움직임과 펄스 교환의 강도는 일반적인 온도에 따라 다릅니다. 이러한 분자의 미세한 움직임은 가스가 영하 273.15°C로 절대 영하로 냉각된 경우에만 정지합니다.

용기 내에 밀도나 온도가 다른 가스가 있는 경우 균질화가 자동으로 이루어집니다. 서로 다른 기체가 서로 확산됩니다. 이는 가스 확산 효율이 높기 때문입니다. 확산은 대량 전송입니다. 밀도, 온도, 압력 등의 농도 차이를 보정합니다.

밀도가 다른 액체도 확산에 의해 자동으로 혼합되지만 이 균질화 과정은 기체보다 훨씬 오래 걸립니다.

고체가 서로 확산되면 시간이 더 오래 걸립니다.

확산 속도

독일의 생리학자 아돌프 픽(1829~1921)은 물질을 통한 물질의 확산을 두 가지 공식으로 설명했습니다. 확산 전류는 농도 차이에 비례하지만 농도 구배의 방향과는 반대라고 명시되어 있습니다.

문자 J는 기술 문헌에서 확산 전류 밀도를 나타내는 데 자주 사용됩니다. SI를 준수하는 표현에서 확산 전류 밀도는 (kg/(m²*s)) 단위로 측정됩니다. 그러나 "초당 평방미터당 몰"(몰/(m²*s))이라는 표현도 일반적으로 사용됩니다.

(1)       J = -D * (ΔC/Δx)    

 

따라서

J: 확산 플럭스(면적 및 시간당 질량 또는 분자)

D: 소재 내 물질의 확산 계수(m²/s)

ΔC: 거리 ΔC/Δx에 따른 물질의 농도 차이입니다:   농도 그라데이션

 

두 번째 법칙은 농도의 공간적 분포로 인해 확산 계수와 농도 기울기가 시간에 따라 변한다는 점을 고려합니다.

(2)       ∂C/∂t = D * ∇²C

따라서

∂C/∂t: 시간에 따른 농도 변화

∇²c: 농도의공간적 변화에대한라플라스 연산자

 

 

확산 계수 D도 계산할 수 있습니다.

D = D0 * e (-Q/(R * T))

따라서

D0: 확산 상수 [m²/s]는 재료별 상수입니다.

Q: 활성화 에너지 [kg *  m2/s-2]

R: 일반 기체 상수 [J/(kg * K)]

T: 온도 [K]

 

고체확산시매우느린질량수송: 확산 계수는 기체의 경우 약  10-5 m2/s, 액체의 경우  10-10 m2/s, 고체의 경우  10-20  m2/s 의 값을 갖습니다.

기술 세라믹 및 분말 야금 분야의 효율적인 확산 형태

확산은 분말 야금에서 이물질이 미세하게 분산된 형태로 성형체에 눌려질 때 중요한 역할을 합니다. 이 경우 "기계적 합금"에 대해 이야기합니다.

소위 외부 확산은 미세 구조의 상 경계, 입자 경계 및 표면에서 발생합니다. 전위가 높은 영역의 원자 그룹은 전위가 낮은 영역으로 천천히 이동합니다. 이러한 과정은 관련된 구조 입자가 작을수록, 그리고 서로 밀착될수록 더욱 강렬해집니다.

확산은 교란된 격자 구조에 외부 원자를 도입하여 고성능 소재를 도핑하는 데 적합한 방법일 수 있습니다. 확산은 농도 구배가 나노 크기의 분말 형태로 만날 때 특히 강력합니다. 특히 위상 및 그레인 경계에서 이러한 현상이 두드러집니다.  

 

 

그러면 확산이 특히 강해집니다,

  1. 상품이 나노 미세 분산액으로 존재하는 경우.

  2. 농도구배가가능한한큰경우.

  3. 프로세스온도가높은경우.

  4. 농도가높은입자/입자와농도가낮은입자/입자가가능한한자주만나는경우입니다.

  5. 입자가기체상에둘러싸여있지않고서로를따라밀착하여미끄러질때입니다.

외부 확산: A) 상 경계 확산, B) 입자 경계 확산, C) 표면 확산, D) 원자 확산

아믹슨® 반응기에서의 가속 확산

1)
아믹슨® 반응기의 혼합 공정은 혼합 도구의 속도에 관계없이 항상 데드 스페이스가 없고 효율적입니다. 혼합 재료의 흐름 특성(건조, 습윤, 습식 또는 부유)은 무관합니다. 또한 정밀한 혼합은 충전 레벨과 무관합니다.

2)
아믹슨® 반응기에서 구성 요소는 건조, 액체 또는 기체 등 어떤 응집 상태에서도 서로 확산될 수 있습니다.

3)
아믹슨® 리액터는 사전 정의된 가열/냉각 곡선을 켈빈의 10분의 1 이내로 따라갈 수 있습니다. 최대 350°C. 현재 아믹슨®의 추가 개발은 600°C 이상을 목표로 하고 있습니다.

4)
데드 스페이스가 없는 혼합 프로세스는 입자/액체 또는 기체가 지속적으로 무작위로 서로 접촉하도록 보장합니다. amixon® 테스트 반응기는 최대 25bar의 과압으로 작동합니다. (amixon® 공정 플랜트는 TA Luft의 법적 요구 사항을 충족합니다. 높은 온도와 압력에서도 기술적으로 단단합니다).

5)
고체-고체 반응/확산: 아믹슨® 장치에서는 고진공을 적용하여 가파른 농도 구배를 생성할 수 있습니다. 단상 혼합물(기체상이 없는)에서는 고온에서도 고체 입자가 서로 밀접하게 마찰합니다.

혼합 상품을 가지고 오세요. 여러분을 초대합니다.

대량 배치의 균질화를 위한 Gyraton® 믹서

 

고성능 재료는 일반적으로 소량으로 가공됩니다. 예를 들어 배터리, 풍력 터빈, 에너지 전송 또는 통신 기술용 부품 또는 해수 담수화 플랜트 제조를 고려하면 이러한 재료는 훨씬 더 많은 양이 필요합니다. 그러나 이러한 대량의 재료는 균질해야 합니다.

바로 이 부분에서 아믹슨®이 중요한 기여를 할 수 있습니다. Gyraton® 믹서는 대량의 벌크 재료(70m³)를 일괄적으로 균질화할 수 있습니다. 그러나 동일한 Gyraton® 믹서로 연속적으로 혼합할 수도 있습니다. 두 경우 모두 품질 변동을 균일화할 수 있습니다.

Gyraton® 믹서는 벌크 재료의 특성에 관계없이 데드 스페이스 없이 균일하고 매우 부드럽게 혼합합니다. Gyraton® 믹서의 구동력은 매우 낮습니다. 제품은 나노 분산, 응집, 건식, 습식 또는 습식 상태일 수 있습니다.

혼합기

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